Zalety i zastosowania niskonapięciowych wypłaszczalników próżniowych
Niskonapięciowe wyłączniki próżniowe: Zalety, zastosowanie i techniczne wyzwania
Ze względu na niższą klasyfikację napięcia, niskonapięciowe wyłączniki próżniowe mają mniejszą odległość między kontaktami w porównaniu do typów średniego napięcia. W tak małych odstępach technologia pola magnetycznego poprzecznego (TMF) jest lepsza niż pole magnetyczne osiowe (AMF) do przerwania dużych prądów krótkiego spięcia. Przy przerwaniu dużych prądów łuk próżniowy tendencja do skupienia się w tryb ograniczony, gdzie lokalne strefy erozji mogą osiągnąć punkt wrzenia materiału kontaktu.
Bez odpowiedniego sterowania, przegrzane obszary na powierzchni kontaktu emitują nadmiarowe pary metalu, co może prowadzić do dielektrycznego przebicia luki kontaktowej pod wpływem chwilowego napięcia odzyskującego (TRV) po zerowym prądzie, co powoduje niepowodzenie przerwania. Zastosowanie pola magnetycznego poprzecznego – prostopadłego do kolumny łuku – wewnątrz przerywacza próżniowego powoduje szybkie obroty ograniczonego łuku po powierzchni kontaktu. To znacznie zmniejsza lokalną erozję, zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury przy zerowym prądzie, a tym samym znacznie zwiększa zdolność przerwania wyłącznika.
Zalety wyłączników próżniowych:
Kontakty nie wymagają konserwacji
Długi czas użytkowania, z życiem elektrycznym niemal równym życiu mechanicznemu
Przerywacze próżniowe mogą być montowane w dowolnej orientacji
Cicha praca
Brak ryzyka pożaru lub eksplozji; łuk jest całkowicie zawarty w szczelnej komorze próżniowej, co sprawia, że są one odpowiednie dla zagrożonych środowisk, takich jak kopalnie węgla
Wydajność nie jest wpływowana przez warunki otoczenia, takie jak temperatura, kurz, wilgotność, mgła solna lub wysokość nad poziomem morza
Możliwość wytrzymywania wysokich napięć w bardzo małych lukiach próżniowych
Przerwanie prądu zazwyczaj następuje przy pierwszym przecięciu prądu przez zero
Eko-przyjazne i łatwo poddające się recyklingowi
Niskonapięciowe wyłączniki próżniowe posiadają takie same kompleksowe zabezpieczenia, rozszerzone możliwości pomiarowe i bogate funkcje diagnostyczne jak konwencjonalne wyłączniki powietrzne (ACBs). Jednak oferują one wyższe zalety, w tym wyższą trwałość elektryczną i mechaniczną, większą liczbę operacji przerwania skróconego obwodu, silniejszą zdolność gaszenia łuku i prawdziwe "zero błysków łuku".
Te cechy sprawiają, że są one szczególnie odpowiednie dla surowych środowisk i systemów o wysokim napięciu i niskiej częstotliwości, takich jak AC690V i 1140V w konfiguracjach TN, TT i IT – często spotykanych w aplikacjach fotowoltaicznych i wiatrowych. Umożliwiają one systemy zbierające o wysokim napięciu, które redukują straty przesyłowe. Poza ochroną linii, te wyłączniki mogą również chronić silniki (spełniające wymagania GB50055) i generatory (spełniające standardy GB755), zapewniając użytkownikom bezpieczniejsze, bardziej niezawodne i kompleksowe rozwiązanie ochrony dystrybucji niskiego napięcia.
Dlaczego wyłączniki próżniowe nie są szerzej stosowane w aplikacjach niskiego napięcia?
Główna przyczyna tkwi w znacznych wymaganiach energetycznych mechanizmu działania:
Niskonapięciowe wyłączniki zazwyczaj używają lekkich mechanizmów działania z kompaktowymi elementami. W przeciwieństwie do nich, wyłączniki próżniowe wymagają znacznie więcej energii działania – zwłaszcza te zaprojektowane do zastosowań o wysokiej zdolności przerwania. Ze względu na małą odległość między kontaktami, gaszenie łuku wymaga intensywnej energii. Aby wytrzymać siły elektromagnetyczne podczas przerwania uszkodzenia, niezbędne jest wysokie ciśnienie kontaktu. Na przykład:
Wyłącznik próżniowy o mocy 31,5kA wymaga około 3200N siły kontaktowej.
Aby utrzymać odpowiednie ciśnienie po zużyciu kontaktu, potrzebny jest ruch kontaktu o 4mm.
W rezultacie całkowita energia wymagana od zetknięcia kontaktów do pełnego zamknięcia jest znacznie wyższa niż w przypadku wyłączników powietrznych.
Specyficzne wymagania energetyczne to:
45 dżuli dla wyłącznika 40kA (siła kontaktowa: 4200N)
63 dżule dla wyłącznika 50kA (siła kontaktowa: 6200N)
W związku z tym mechanizm działania musi być znacznie wzmocniony, aby spełnić te wymagania. Dla zastosowania niskiego napięcia o mocy 100kA, energia wymagana przez przerywacz próżniowy przekracza zdolność standardowych mechanizmów działania niskiego napięcia.
Konieczna jest pełna modernizacja – większe sprężyny magazynujące energię, zwiększenie skoku sprężystego itp. Niektóre istniejące mechanizmy mają minimalny skok (np. tylko 25mm), a nawet zwiększenie sztywności sprężyny nie dostarcza wystarczającej ilości energii. Zamiast tego wymagane są mechanizmy o dłuższym skoku. Jak można zobaczyć w przypadku wyłączników próżniowych średniego napięcia, sprężyny napędzane kołem zębatym często mają rozciąganie powyżej 50mm, co umożliwia wystarczającą magazynację energii. Ponadto ogólna wytrzymałość mechaniczna, twardość i sztywność mechanizmu działania muszą zostać wzmocnione, aby radzić sobie z dużymi siłami.
